Sensor RFID passivo para monitoramento de deformações em estruturas metálicas

Abstract

Tecnologias para o monitoramento de componentes estruturais, como strain gauges e fibra ótica, são comumente utilizadas quando deseja-se obter informações sobre o estado de deformação. Ambas as técnicas exigem cabeamento, produzindo diversas adversidades em suas aplicações. Assim, novas tecnologias sem fio vem ganhando espaço, buscando monitoramento remoto e versátil. Sensores sem fio, utilizando a tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID), se mostram atrativos meios de contornar estas adversidades. Estes sensores são formados por uma antena e um componente integrado de identificação RFID. O conceito de funcionamento do sensor é que ao ser fixado no componente que deseja ser monitorado, irá sofrer esforços mecânicos semelhantes aos esforços sofridos pelo componente e irá se deformar. Esta deformação conduzirá a uma alteração sua frequência de ressonância. Dessa forma, dependendo do tipo de esforço uma resposta será obtida. Para construção do sensor foi utilizado o material NY9220 para o corpo de prova uma chapa de alumínio de 2 mm de espessura. Para validação do sensor, incialmente foi realizado um estudo numérico pelo método de elementos finitos. Posteriormente uma etapa experimental foi realizada onde o sensor foi fixado através de resina ao corpo de prova. À medida que deslocamentos eram aplicados os dados da frequência de ressonância e deformação são coletados e estes correlacionados. Uma correlação linear entre frequência de ressonância e deformação foi verificada no modelo numérico e na parte experimental. O sensor se mostrou capaz de detectar e monitorar deformações em estruturas metálicas.

Technologies for the monitoring of structural components, such as strain gauges and fiber optic, are commonly used when information on the state of deformation is desired. Both techniques require cabling, producing various adversities in their applications. Thus, new wireless technologies have been gaining space, seeking remote and versatile monitoring. Wireless sensors, using Radio Frequency Identification (RFID) technology, are attractive means of getting around these adversities. These sensors consist of an antenna and an integrated identification component RFID. The concept of operation of the sensor is that when attached to the component it wishes to be monitored, it will undergo similar stresses to the stresses suffered by the component and will deform. This strain will lead to a change in its resonant frequency. In this way, depending on the type of effort, a response will be obtained. For the construction of the sensor was used the material NY9220 for the specimen a sheet of aluminum of 2 mm of thickness. For the validation of the sensor, a numerical study was initially carried out by the finite element method. Subsequently an experimental stage was performed where the sensor was fixed through resin to the specimen. As displacements were applied, the resonance and strain frequency data were collected and correlated. A linear correlation between resonance frequency and strain was verified in the numerical model and in the experimental part. The sensor was able to detect and monitor deformations in metal structures.